DE2728053A1

DE2728053A1 - Niedrig-legierter stahl, insbesondere fuer hochgeschwindigkeitswerkzeuge

Info

Publication number: DE2728053A1
Application number: DE19772728053
Authority: DE
Inventors: Bjoern Erik Fredriksson
Original assignee: Fagersta AB
Current assignee: Fagersta AB
Priority date: 1976-07-09
Filing date: 1977-06-22
Publication date: 1978-01-19
Also published as: IT1081513B; ATA463877A; GB1529554A; SE7607866L; AT362805B; JPS538315A; IN148890B; SE400093B; FR2357655A1; BR7704364A; ES460540A1

Description

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Die vorliegende Erfindung betrifft einen niedrig legierten Werkzeugstahl für hohe Geschwindigkeiten, insbesondere zum Schneiden, also z.B. Spiralbohrer, Stirnfräser oder Gewindebohrer, und zum plastischen Kaltbearbeiten, z.B. Stanzen.von Materialien. Ein niedrig legierter Hochgeschwindigkeitsstahl bekannter Art hat bezüglich der Hauptlegierungsbestandteile folgende Zusammensetzung: C = 0,95 Gewichtsprozent, Cr = ^,0 Gewichtsprozent, Mo = 5>0 Gewichtsprozent, W = 1,7 Gewichtsprozent und V = 1,2 Gewichtsprozent.

Charakteristisch für einen solchen Stahl ist das sehr hohe Verhältnis von C zu V, was zu einer sehr festen Matrix aus Martensit führt. Der Chrom-Gehalt liegt bei 4 Gewichtsprozent, was für alle heute bekannten Hochgeschwindigkeitsstähle zutrifft. Der Gehalt an Mo + W + V liegt bei etwa 8 Gewichtsprozent im Gegensatz zu beispielsweise 13, 5 Gewichtsprozent für SIS 2722 (AISI M 2) und 12,5 Gewichtsprozent für SIS 2782 (AISI M 7). Trotz des äußerst niedrigen Gehalts an carbid-bildenden Elementen Mo, W und V hat dieser Hochgeschwindigkeitsstahl eine Qualität,die gleichwertig oder gar besser als SIS 2722 und SIS 2782 und andere ähnliche Hochgeschwindigkeit sstähle ist, und zwar wegen des hohen C/V-Verhältnisses.

Die Eigenschaften des eingangs genannten bekannten Hochgeschwindigkeitsstahls werden aber zum Teil dadurch beeinträchtigt, daß nach der vollständigen Wärmebehandlung Austenit und ungetemperter Martensit zurückbleiben.

Aufgabe der vorliegenden Erfindung ist daher die Schaffung eines niedrig-legierten Hochgeschwindigkeitwerkzeugstahls

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mit ebenso guten oder sogar besseren Eigenschaften als der Hochgeschwindigkeitsstahl mit hohem C/V-Verhältnis, welcher eingangs erwähnt ist, welcher aber die Nachteile dieses bekannten Stahles nicht hat.

Diese Aufgabe wird nach der Erfindung durch einen Stahl gelöst, welcher folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent hat: 0,85 bis 1,00 Gewichtsprozent C, 0,^0 bis 1,00 Gewichtsprozent Si, 1,5 bis 3*0 Gewichtsprozent, vorzugsweise 2,2 bis 3,0 Gewichtsprozent, Cr, ¹J ,0 bis 6,0 Gewichtsprozent Mo, 1,0 bis 2,0 Gewichtsprozent W, 1,0 bis 2,0 Gewichtsprozent V und 0,0*1 bis 0,08 Gewichtsprozent N, Rest Eisen und Verunreinigungen, die üblicherweise in Werkzeugstahl enthalten sind, beispielsweise bis zu 1,0 Gewichtsprozent Co, bis zu 0,4 Gewichtsprozent Mn und bis zu 0,03 Gewichtsprozent S und P.

Aus der gesamten Fachliteratur geht unzweideutig hervor, daß der Chrom-Gehalt für alle Hochgeschwindigkeitswerkzeugstähle bei etwa ¹I Gewichtsprozent liegen soll. Man geht dabei davon aus, daß ein solcher Gehalt das beste Verhältnis von Stahlhärte zu Bruchfestigkeit ergibt. Ein niedrigerer Gehalt an M Gewichtsprozent führt nach der bisherigen Auffassung zu erhöhter Glühspanschichtbildunc unter Arbeitsbedingungen mit hohen Temperaturen, schlechterer Temperungsbeständigkeit, schlechterer Härtefähigkeit, schlechterer Schneideigenschaften und einer Gefahr von Härtungsbrüchen oder -rissen. Ein höherer Gehalt kann nach den bisherigen Erfahrungen Probleme mit dem verbleibenden Austenit-Gehalt bringen. In der deutschen Offenlegungsschrift 22 63 576 ist beispielsweise festgestellt, daß der optimale Chrom-Gehalt von dem Silizium-Gehalt entsprechend der Beziehung: 1 Cr = Ί + 2x(Jt Si) abhängt. 210677

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Alle tatsächlich benutzten Hochgeschwindigkeitsstähle haben ebenfalls einen Chrom-Gehalt von etwa 4 Gewichtsprozent oder mehr. In dem Handbuch "Werkzeugstähle" der American Society of Metals.ist beispielsweise die Analyse von etwa 30 standardisierten Hochgeschwindigkeitsstählen angegeben. Für diese Standardstähle liegt der Chrom-Gehalt jeweils zwischen 4,0 und 5,0 Gewichtsprozent.

Es wurde nun überraschenderweise gefunden, daß ein niedrig legierter Hochgeschwindigkeitswerkzeugstahl nach der Erfindung mit einem Chrom-Gehalt, der von dem üblichen Wert von etwa M,0 Gewichtsprozent auf etwa 2,5 Gewichtsprozent abgesenkt wurde, ein günstigeres Stahlhärte/Bruchfestigkeit-Verhältnis und dadurch optimale Schneideigenschaften hat, wobei gleichzeitig praktisch keine Rückstände an Austenit oder ungetempertem Martensit verbleiben. Überraschenderweise hat auch der erfindungsgemäße Stahl weder schlechtere Temperungswiderstandsfähigkeit, noch erhöhte Glühspanschichtbildung oder erhöhte Neigung zu Härterissen, was bei dem niedrigeren Cr-Gehalt entsprechend der bisherigen Auffassung der Fachwelt nicht erwartet werden -konnte.

Nachfolgend werden einige Analysebeispiele des erfindungsgemäßen Stahls angegeben:

Beispiel 1 Beispiel 2

C = 0,97 % C = 0,97 %

Cr = 2,5 % Cr = 3,0 %

Mo = 5,2 % Mo = 5,0 %

Y = 1,2 % W = 1,8 %

Si = 0,57 % V = 1,3 %

N = 0,0M % Si = 0,56 %

W = 1,8? μ - ο Okk %

Rest = Eisen und übliche ' Verunreinigungen _{Resfc = Eisen und übliche}

709883/0695 Verunreinigungen 210677

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Beispiel 3	1	,0 %	O	,91 %
C =	2	,8 %	2	,0 *
Cr =	5	,2 %	5	,0 %
Mo =	1	,9 %	1	,8 *
W =	1	,2 %	1	,3 %
V =	O	,44 %	O	,54 *
Si =	O	,049 Z	O	,054 Ζ
N =	₌	Eisen und übliche
Rest	Verunreinigungen
Beispiel 5
C =
Cr =
Mo =
W =
V =
Si =
N =

Beispiel 4

C ·= 0,95 %

Cr = 2,5 %

Mo = 5,1 %

W = 1,2 %

V = 1,6 %

Si = 0,52 %

N = 0,053 %

Rest = Eisen und übliche Verunreinigungen

Rest = Eisen und übliche Verunreinigungen.

Im anliegenden Diagramm 1 ist veranschaulicht, wie die sekundäre Stahlhärte (Kurve 1) zur Zähigkeit bzw. Bruchfestigkeit (Kurve 2), hier gemessen als äußerster Biegefestigkeitswert, mit dem Chromium-Gehalt von Stahl nach der Erfindung variiert. Die Kurve 1 ist erstellt nach den Werten der fünf Stähle entsprechend den zuvor erwähnten Beispielen und noch weiteren zehn Stählenjmit einem Gehalt an übrigen Legierungssubstanzen, welcher im Rahmen der Erfindung liegt. Die Biegefestigkeitstests wurden an Probenstäben von 6x6 mm' Querschnitt und 65 mm Länge ausgeführt bei einer Einspann-2IO677

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strecke von 55 nun. Die Teile für den Stahlfestigkeits- und Bruchfestigkeitstest wurden bei ll6O°C austenisiert, in einem Salzbad bei 55O°C gelöscht und daraufhin in öl auf Zimmertemperatur abgekühlt. Die Teststücke wurden anschließend zweimal eine Stunde lang jeweils bei 565° C getempert. Innerhalb des untersuchten Chrombereiches steigt die sekundäre Stahlfestigkeit steil bis auf etwa 2,5 Gewichtsprozent Chrom an und bleibt dann konstant. Gleichzeitig.nimmt die Bruchfestigkeit praktisch linear mit zunehmendem Chrom-Gehalt ab. Nach der grafischen Darstellung ist ersichtlich, daß das Verhältnis von Bruchfestigkeit zu Stahlhärte am günstigsten bei einem Chrom-Gehalt von etwa 2,5 Gewichtsprozent liegt.

Für die nachfolgenden Leistungstests wurden die Testexemplare in der gleichen Weise wie zuvor erwähnt wärmebehandelt.

Die Schneiddaten für die Leistungsfähigkeitstests sind folgende: 1. Kontinuierlich:

Drehen: Material: Werkzeug:

Schneidflüssigkeit:

Schneiddaten:

Beurteilung:

2. Diskontinuierlich:

Schneiden: Material: 210677

K825, HB = 270 Y= 10°, «,= 5°, Y= 60°, λ^= 0°, r = 0,5 mm Diffendol I/50

a χ s = 2,0 χ 0,31 mm /r Vollständige Abnutzung

K825, HB = 260

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Werkzeug:

Schneidflüssigkeit Schneiddaten:

Beurteilung:

hR28l-71OO, Verkleinern entsprechend dem SFA-Test, r = 0,5 mm

Diffendol 1/50

ρ a χ s = 1,0 χ 0,2 nun /r ν = 30 m/min

VBmax (= max. Abnutzung Steg) = 0,7 mm

Die Ergebnisse beider Leistungsfähigkeitstests sind in
Diagramm 2 über dem Chrom-Gehalt aufgetragen.

Der kontinuierliche Drehtest (Kurve 1) wurde zunächst ausgeführt. Er ist ein reiner Atrutzungswiderstandstest. Der Abnutzungswiderstand, hier wiedergegeben als die Geschwindigkeit, welche eine Lebensdauer von 30 Minuten (ν,«) bietet,
folgt der Stahlhärtekurve in Diagramm 1 vollständig.

Ein diskontinuierlicher Schneidbetrieb (Kurve 2), allgemein als "one-tooth milling" bekannt, wurde dann ausgeführt. Bei dieser Betriebsweise wurde das Werkzeug sowohl hinsichtlich des Abnutzungswiderstandes als auch der Bruchfestigkeit geprüft. Wie sich aus Diagramm 2 (Kurve 2) ergibt, liegt beim diskontinuierlichen Schneiden eine maximale Werkzeuglebensdauer bei etwa 2,5 Gewichtsprozent Chrom, d.h. bei einem
Gehalt, bei welchem das Stahlhärte/Bruchfestigkeit-Verhältnis am günstigsten liegt.

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Le e rs e i t e

Claims

MERTENS & KEIL 6000 Frankfurt/M, den 21.6.1977 O 80 P 23 K/De FAGERSTA AKTIEBOLAG 773 01 Fagersta/Schweden "Niedrig-legierter Stahl, insbesondere für Hochgeschwindigkeit gwerkzeuge" Patentansprüche :

1. Niedrig-legierter Stahl, insbesondere für Hochgeschwindigkeitswerkzeuge, gekennzeichnet durch folgende Zusammensetzung in Gewichtsprozent: 0,85 bis l,00%C, 0,¹IO bis IiOO % Si, 1,5 bis 3,0 %, vorzugsweise 2,2 bis 3,0i_rCr, 4,0 bis 6,0? Mo, 1,0 bis 2,0 % W, 1,0 bis 2,0 % V, 0,O¹* bis 0,08 % N, Rest Eisen und übliche Verunreinigungen,

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die üblicherweise in Werkzeugstahl vorhanden sind, beispielsweise Co bis zu 1,0 %, Mn bis zu 0,^ % sowie S und P bis zu 0,03 %.

2. Stahl nach Anspruch 1,dadurch gekennzeichnet, daß der Gehalt an Cr zwischen 2,2 und 2,8 Gewichtsprozent liegt.

3. Stahl nach Anspruch 1 oder 2,dadurch gekennzeichnet, daß der C-Gehalt zwischen 0,89 und 0,97 Gewichtsprozent liegt.

4. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 3> dadurch gekennzeichnet, daß der Mo-Gehalt zwischen 4,5 und 5,5 Gewichtsprozent liegt.

5· Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß der Si-Gehalt zwischen 0,4 und 0,7 Gewichtsprozent liegt.

6. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis 5,dadurch gekennzeichnet, daß der N-Gehalt zwischen 0,05 und 0,07 Gewichtsprozent liegt.

7. Stahl nach einem der Ansprüche 1 bis b, dadurch gekenn zeichnet, daß für den Gehalt an Mo, W und V folgende Relation gilt: 7 Gewichtsprozent ir Mo + W + V ί 8,5 Gewichtsprozent.

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